Концепцията за геохимична бариера се свързва с причинено от човека замърсяване на околната среда в резултат на миграцията на химикали заедно с валежи, подземни или повърхностни водни потоци. Концентрацията на вредни съединения може да достигне клас на опасност 1, а максимално допустимите им стойности могат да бъдат превишени няколко пъти, което води до появата на геохимични аномалии в подпочвените води и водоемите дори на големи разстояния от източника на замърсяване. Изследванията на геохимичните бариери предоставиха нова информация за възможността за намаляване на подвижността на токсичните съединения.
Определение
Терминът "геохимична бариера" е въведен за първи път от руския учен А. И. Перелман. Същността му се крие в обозначаването на областта на земната кора, където има рязко намаляване на интензивността на миграцията и концентрацията на химикали. В резултат на това те преминават от състояние на техногенна дисперсия в стабилни минерални асоциации. Тези бариери са свикнализащита на околната среда от промишлено замърсяване.
Тази теория се използва най-широко в екологията, геологията, геохимията на ландшафтите, океаните и моретата. Прост пример за бариера е миграцията на подпочвени води, наситени с железни йони. Под земята този елемент е почти напълно разтворен в течността. При достигане на повърхността желязото се окислява под въздействието на кислород и металът се утаява под формата на сол, тоест преминава в минерална фаза. Същото явление се наблюдава, когато разтворът на желязо се транспортира през водопроводни тръби. В този случай те говорят за бариера, създадена от човека.
Геохимични бариери и тяхната класификация
Бариерите се отличават с няколко характеристики:
- По произход (генетична класификация): естествен; техногенни (възникнали в процеса на човешката дейност); естествено-техногенен.
- По размер: макрогеохимични бариери, при които се наблюдава намаляване на миграционните процеси на разстояния от порядъка на хиляди метри; мезобариери (от няколко метра до 1 км); микробариери (от няколко милиметра до няколко метра).
- По естеството на движението на веществата: двустранно - миграция на потоци от различни страни, различни видове асоциации могат да се отлагат в бариерата (показани на фигурата по-долу); странични (субхоризонтални); Подвижен; радиално (подвертикално).
- Според начина на навлизане на веществата: дифузия; инфилтрация.
Естествени и създадени от човека типове
Сред горните типове геохимични бариери се разграничават следните класове:
- Механични. По време на миграцията на веществата тяхната фаза не се променя, а се движат (най-често в биосферата). Пример е търкалянето на отломки по склоновете на планините.
- Физико-химични. Бариерите възникват в резултат на промените във физикохимичната среда. В момента този клас явления е най-изучаван и систематизиран (описанието му е дадено по-долу).
- Биогеохимични (фитобариери и зообариери). Те се характеризират с промяна във формата на държавата и малък път на миграция. Най-често такава бариера се свързва с натрупването на химични елементи в резултат на жизнената дейност на животните и растенията. Този клас включва както естествени, така и създадени от човека геохимични бариери (миграция на отпадъци върху земеделска земя и пасища).
Сложни бариери
Когато няколко класа от тези явления се наслагват в пространството, възниква сложна геохимична бариера, която се изолира в отделна независима категория. Учените смятат, че в естествени условия такива бариери заемат едно от водещите места. Пример е комбинацията от кислородни и сорбционни бариери в планински райони:
- извори, издигащи се на повърхността на земята в глеевите хоризонти, са наситени с разтворени железни хидроксиди, които се окисляват под въздействието на атмосферния въздух (кислородна бариера);
- утаяващите се колоиди са добри сорбенти за другитехимични съединения;
- в резултат се образува втора сорбционна бариера.
Голямата роля на сложните бариери се доказва и от факта, че поради тях са се образували много минерални находища.
Разновидности на физически и химически бариери
Разграничават се следните видове физически и химически бариери:
- Кислород. Окисляването се случва в присъствието на голямо количество свободен кислород във водите, приближаващи се до бариерата.
- Сулфид (сероводород). Утаяване на вещества в реакция с H2S.
- Глей. Тази бариера се характеризира с редуцираща реакция (без свободен кислород и сероводород).
- Алкални. В резултат на намаляването на киселинността, образуването на хидроксиди и карбонати, които се утаяват в неразтворима утайка.
- Киселина. При понижаване на pH се наблюдава образуването на слабо разтворими соли.
- Изпарителен. Концентрацията на мигриращи вещества се увеличава поради изпаряване на водата и кристализация на сол.
- Сорбция. Има извличане на определени вещества благодарение на естествени сорбенти (глина, хумус и други).
- Термодинамичен. Увеличаване на концентрацията и утаяването на вещества с рязко колебание в налягането и температурата. Този процес е най-силно изразен във води, съдържащи въглеродна киселина.
Подкласове
В групата на физическите и химичните бариери има и градация по подкласове. Обща сумате са 69. Те се различават по киселинно-основни характеристики за всеки тип бариери.
Сред механичните бариери има подкласове в зависимост от състоянието на агрегиране и други характеристики на веществото в миграционния поток:
- минерали и изоморфни примеси;
- разтворени газове (пара);
- колоидни системи;
- съединения от синтетичен произход;
- животни и растителни организми.
Примери
Прости примери за геохимични бариери от физикохимичния клас са както следва:
- При влажен климат в горите се образува мощна постеля от паднали листа. Отличителна черта на подземните води при такива условия е, че те са бедни на кислород. В резултат на това от почвата се извличат химически елементи, включително манган и желязо. Когато достигнат повърхността, окисляването им започва с образуването на неразтворими хидроксиди (кислородна бариера). Този механизъм води до образуването на естествени отлагания на сяра.
- Ако има находища на минерали, съдържащи сулфиди на желязо и други метали на издигнат парцел, то тяхното отмиване чрез естествени валежи допринася за образуването на подпочвени води с кисела реакция на околната среда. В низините, при висока влажност и анаеробни (безкислородни) условия, сулфатите се редуцират до сулфиди (сулфидна бариера). Отлаганията на мед, селен и уран често са ограничени до такъв механизъм.
- Ако почвата е съставена от варовикскали, след това във влажен климат, под въздействието на разлагащи се органични остатъци се излугват желязо, никел, мед, кобалт и други елементи. Варовиците създават алкална геохимична бариера, която помага за неутрализирането на киселинните подпочвени води и образуването на неразтворими хидроксиди.
Социални бариери
В съвременната геохимия се обособява и нов подклас - социални геохимични бариери. Тяхната отличителна черта е, че те не са възниквали преди това в естествени условия за тези съединения, които са концентрирани върху тях. Бариерите от този подклас се разглеждат само в контекста на създадени от човека или сложни геохимични бариери.
Сред тях има 4 подкласа:
- домакински (депа за твърди или течни битови отпадъци);
- строителство;
- индустриален;
- смесени бариери (депа за строителни, промишлени и битови отпадъци).
